PL213782B1 - Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych - Google Patents
Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowychInfo
- Publication number
- PL213782B1 PL213782B1 PL383548A PL38354807A PL213782B1 PL 213782 B1 PL213782 B1 PL 213782B1 PL 383548 A PL383548 A PL 383548A PL 38354807 A PL38354807 A PL 38354807A PL 213782 B1 PL213782 B1 PL 213782B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- aluminosilicate
- blowing agent
- polymer
- less
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 230000004048 modification Effects 0.000 title claims description 14
- 238000012986 modification Methods 0.000 title claims description 14
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 title description 2
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 36
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 24
- 239000004604 Blowing Agent Substances 0.000 claims description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 9
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 8
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 6
- 239000004156 Azodicarbonamide Substances 0.000 claims description 5
- XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N azodicarbonamide Chemical compound NC(=O)\N=N\C(N)=O XOZUGNYVDXMRKW-AATRIKPKSA-N 0.000 claims description 5
- 235000019399 azodicarbonamide Nutrition 0.000 claims description 5
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 15
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 13
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 10
- GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N dialuminum;dioxosilane;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3].O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O GUJOJGAPFQRJSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- -1 polysiloxanes Polymers 0.000 description 10
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 5
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 5
- 229910052901 montmorillonite Inorganic materials 0.000 description 5
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 229920002292 Nylon 6 Polymers 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 3
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000012802 nanoclay Substances 0.000 description 3
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 2
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 2
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 2
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 229920001083 polybutene Polymers 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003760 tallow Substances 0.000 description 2
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 2
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006055 Durethan® Polymers 0.000 description 1
- 241000871495 Heeria argentea Species 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BGYHLZZASRKEJE-UHFFFAOYSA-N [3-[3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoyloxy]-2,2-bis[3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoyloxymethyl]propyl] 3-(3,5-ditert-butyl-4-hydroxyphenyl)propanoate Chemical compound CC(C)(C)C1=C(O)C(C(C)(C)C)=CC(CCC(=O)OCC(COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)(COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)COC(=O)CCC=2C=C(C(O)=C(C=2)C(C)(C)C)C(C)(C)C)=C1 BGYHLZZASRKEJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 description 1
- 235000012216 bentonite Nutrition 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001038 ethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000010101 extrusion blow moulding Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M hydrogensulfate Chemical compound OS([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 1
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001872 inorganic gas Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M methyl sulfate(1-) Chemical compound COS([O-])(=O)=O JZMJDSHXVKJFKW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000008208 nanofoam Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- 125000001117 oleyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])/C([H])=C([H])\C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910000275 saponite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych, stosowanych do produkcji nanokompozytów polimerowych mających szerokie zastosowanie w przemyśle specjalistycznych tworzyw sztucznych.
Glinokrzemiany warstwowe są minerałami występującymi powszechnie w skorupie ziemskiej, w szeregu różnych odmian różniących się budową i składem chemicznym. Od dawna miały one zastosowanie praktyczne, jednak ich rola wzrosła niepomiernie w ostatnich kilku latach ze względu na gwałtowny rozwój tak zwanej nanotechnologii, w szczególności badań dotyczących syntezy i zastosowania nanokompozytów polimerowych. Nanokompozyty polimerowe są to takie kompozyty, w których choć jeden składnik ma wymiary na poziomie nanometrów - z reguły od 1 do kilkuset nanometrów. Nanokompozyty polimerowe wytwarza się na bazie polimerów zarówno termoplastycznych jak i termoutwardzalnych, takich jak na przykład żywice epoksydowe, poliuretany, polisiloksany, poliamidy, poliolefiny, polistyren i jego kopolimery, poli(tereftalan etylenu) czy poli(metakrylan metylu). Drugim, obok polimeru, składnikiem kompozytów są substancje nieorganiczne, przede wszystkim różnego rodzaju krzemiany warstwowe, głównie montmorylonit, krzemionka, ale również fulereny oraz rurki fulerenowe, tak zwane nanorurki, metale, tlenki metali, rozmaite związki nieorganiczne oraz gazy w tak zwanych nanopiankach polimerowych.
Główny przedstawiciel glinokrzemianów warstwowych, montmorylonit, jest zbudowany z trójwarstwowych pakietów składających się z jednej warstwy o strukturze oktaedrycznej zamkniętej między dwiema warstwami tetraedrycznymi. Pomiędzy warstwami znajdują się kationy metali - głównie sodu. W zależności od struktury pakietów wyróżnia się na przykład montmorylonit dioktaedryczny albo trioktaedryczny - saponit, a w zależności od rodzaju obecnego kationu - montmorylonit sodowy, wapniowy lub potasowy. Ogólny jego wzór chemiczny to: Al4Si8O20(OH)4xnH2O. Odległość pakietów w strukturach montmorylonitu zależy od rodzaju kationu; wzrasta ona po nasyceniu wodą, a zwłaszcza kationami organicznymi. Tak zbudowany montmorylonit jest hydrofilowy, co ogranicza jego kompatybilność z większością masowo stosowanych polimerów; dla jego użycia w procesach wytwarzania nanokompozytów zachodzi zatem konieczność jego hydrofobizacji.
W chwili obecnej producenci oferują bardzo szeroką gamę nanocząstek przeznaczonych do wytwarzania nanokompozytów. Największym dostawcą nanoglinek przeznaczonych specjalnie do syntezy nanokompozytów tworzyw sztucznych jest amerykańska firma Nanocor Inc., będąca własnością korporacji AMCOL International. Firma ta rozpoczęła w roku 1998 sprzedaż nanoglinek pod nazwą handlową Nanomer. Obecnie oferuje ona trzy główne kategorie produktów: wyżej wspomniane nanoglinki, koncentraty nanoglinek oraz gotowe nanokompozyty, przy czym zarówno koncentraty jak i gotowe nanokompozyty są produkowane i sprzedawane przez firmy partnerskie: PoIyOne Corporation koncentraty Nanoblend; Mitsubishi Gas Chemical Corp. - nanokompozyty Imperm o własnościach barierowych, przeznaczone do wytwarzania opakowań (butelki na soki i piwo, folie wielowarstwowe, powlekane kartony papierowe, rury, zbiorniki na paliwo i inne chemikalia); Bayer Corp. - nanokompozyt Durethan KU2-2601 oparty na nylonie 6, przeznaczony do wytwarzania folii i powlekania papieru; Honeywell Polymers - nanokompozyty Aegis (odmiana NS - oparta na nylonie 6, przeznaczona również do wytwarzania folii i powlekania papieru oraz jej wersja o większej zawartości nanoglinki przeznaczona do zastosowań konstrukcyjnych, a także odmiana OX przeznaczona do produkcji butelek na piwo).
Produkty Nanomer (nanoglinki) wytwarzane są w szeregu odmianach, przy czym przeznaczone są one głównie do stosowania łącznie z nylonem 6 i 6.6 oraz z tworzywami termoutwardzalnymi (żywice epoksydowe). Dostępna jest również jedna odmiana kompozytu polipropylenu, o nazwie handlowej Polypro N.6H, zawierająca 6% nanoglinki Nanomer. Firma PoIyOne Corporation oferuje mieszanki i koncentraty Nanoblend. Mieszanki Nanoblend są to produkty gotowe do użycia (formowania - głównie metodą wtryskową). Mogą być stosowane w wielu kierunkach: jako części samochodów, sprzętu
AGD, w przemyśle opakowań, do wyrobu rur i przewodów, mebli biurowych. Dostępne są dwie od3 miany mieszanek Nanoblend: LST 5501 i LST 5571. Mają one gęstość 0,95 g/cm3, wytrzymałość na rozciąganie, odpowiednio: 39 i 30 MPa i udarność według testu Izoda z karbem: 27 i 374 J/m. Firma PoIyOne Corporation oferuje pięć odmian koncentratów Nanoblend MB: 1001, 1201, 2001, 2101 i 2201. Mogą one zastąpić substancje stosowane do tej pory dla uzyskania efektu wzmocnienia polimeru, takie jak napełniacze mineralne czy włókna szklane, umożliwiają również zmniejszenie ilości dodawanych uniepalniaczy. Zawierają około 40% m/m nanoglinki; resztę stanowi polimer bazowy,
PL 213 782 B1 którym jest polipropylen (1001, 1201) bądź polietylen (2001, 2101, 2201). Mogą być stosowane do wytwarzania tworzyw przeznaczonych do formowania metodą wtrysku, wytłaczania i wytłaczania z rozdmuchem. Zaleca się ich dodatek rzędu 10-20% m/m. Innym znaczącym producentem nanoglinek, które mogą znaleźć zastosowanie w tworzywach poliolefinowych jest również amerykańska firma Southern Clay Products, będąca częścią firmy Rockwood Specialties, Inc. Firma ta wytwarza modyfikowany montmorylonit pod nazwą handlową Cloisite. Są to białawe proszki o uziarnieniu: 10% poniżej 2 pm, 50% poniżej 6 pm i 90% poniżej 13 pm:
- Cloisite Na+ - montmorylonit naturalny, niemodyfikowany, o zdolności jonowymiennej 92,6 meq/100 g glinki,
- Cloisite 10A - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (chlorek 2M-B-HT) użytą w ilości 125 meq/100 g glinki,
- Cloisite 15A - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (chlorek 2M-2HT) użytą w ilości 125 meq/100 g glinki,
- Cloisite 20A - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (chlorek 2M-2HT) użytą w ilości 95 meq/100 g glinki,
- Cloisite 25A - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (siarczan metylowy 2M- HT-TL8) użytą w ilości 95 meq/100 g glinki, produkt dostępny jedynie w USA,
- Cloisite 30B - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (chlorek M-T-2EtOT), użytą w ilości 90 meq/100 g glinki, produkt niedostępny w Unii Europejskiej,
- Cloisite 93A - montmorylonit modyfikowany lll-rz. solą amoniową (wodorosiarczan M-2HT) użytą w ilości 90 meq/100 g glinki; produkt niedostępny w Unii Europejskiej.
Zgodnie z oznakowaniem producenta symbole użyte do określenia budowy chemicznej modyfikatora odpowiadają podstawnikom znajdującym się przy atomie azotu: M - grupa metylowa, B - grupa benzylowa, HT - uwodorniona grupa łojowa (~65% C18, ~30% C16, ~5% C14), TL8 - grupa 2-etyloheksylowa, T - grupa łojowa j.w., EtOT - grupa 2-hydroksyetylowa.
Spośród europejskich producentów nanoglinek mogących znaleźć zastosowanie przy produkcji nanokompozytów poliolefinowych wymienić należy włoską firmę Laviosa Chimica Mineraria S.p.A., produkującą glinki o nazwie handlowej Dellite:
- Dellite LVF - montmorylonit naturalny, niemodyfikowany, o zdolności jonowymiennej 105 meq/100 g glinki,
- Dellite HPS - montmorylonit naturalny, niemodyfikowany, o zdolności jonowymiennej 128 meq/100 g glinki,
- Dellite 67G - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (2M-2HT),
- Dellite 72T - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (2M-2HT),
- Dellite 43B - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (2M-B-HT),
- Dellite 26C - montmorylonit modyfikowany IV-rz. solą amoniową (M-2EtOT-OL).
OL oznacza grupę oleilową. Zalecana wielkość dodatku nanoglinki Dellite wynosi 1-5% m/m.
Również niemiecka firma Sϋd-Chemie AG prowadzi sprzedaż modyfikowanych glinek o nazwie handlowej Nanofil (2, 5, 15 i 32). Są to bentonity modyfikowane IV-rz. aminami: dimetylodialklowymi Nanofil 5 i 15 lub dimetylobenzyloalkilowymi - Nanofil 2 i 32. Ostatnio firma ta donosiła o opracowaniu produktów nowej generacji, np. Nanofil SE3000, który szczególnie nadaje się do stosowania w uniepalnionych tworzywach bezalogenowych, przydatnych dla przemysłu kablowego.
Celem wynalazku było opracowanie skutecznej metody modyfikowania glinokrzemianów warstwowych.
Nieoczekiwanie okazało się, że glinokrzemiany warstwowe można modyfikować w sposób bardziej skuteczny niż znany z obecnego stanu techniki.
Istota wynalazku polega na tym, że w temperaturze nieprzekraczającej 100°C sporządza się mieszaninę glinokrzemianu warstwowego surowego lub modyfikowanego, w formie wysuszonego proszku o wielkości ziarna poniżej 2 mm oraz poroforu, ulegającego w temperaturze wyższej niż 120°C lecz niżej niż 250°C rozkładowi termicznemu z wydzieleniem produktów gazowych, przy czym stosunek masowy glinokrzemianu do poroforu wynosi od 99,9:0,1 do 75:25, do tak otrzymanej mieszaniny wprowadza się rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia niższej niż 150°C, w ilości od 0,1 do 25 części masowych na 100 części masowych mieszaniny i mieszając ogrzewa do temperatury nie przekraczającej 100°C do uzyskania jednorodnej zawiesiny, do której następnie wprowadza się ciekłą poliolefinę o masie cząsteczkowej poniżej 15.000, w ilości od 0,5 do 25 części masowych na 100 części masowe glinokrzemianu warstwowego, w formie roztworu w rozpuszczalniku organicznym
PL 213 782 B1 o temperaturze wrzenia niższej niż 150°C, całość miesza się przez okres nie krótszy niż 30 minut w temperaturze nie przekraczającej 120°C, po czym z mieszaniny usuwa się rozpuszczalnik organiczny w wyniku destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w temperaturze nie przekraczającej 120°C, a suchy produkt rozdrabnia się do uziarnienia poniżej 0,5 mm, tak otrzymany glinokrzemian warstwowy poddaje się procesowi dalszej modyfikacji, w środowisku stopu polimerowego ogrzewając przy intensywnym mieszaniu mieszaninę stopiony polimer - modyfikowany glinokrzemian warstwowy w temperaturze wyższej niż 120°C, przez okres nie krótszy niż 1 minuta.
Korzystnie jest, jeżeli stosuje się porofor o wysokim stopniu konwersji masy w kierunku produktów gazowych.
Korzystnie jest, jeżeli stosuje się porofor, rozkładający się bez wytwarzania pary wodnej.
Korzystnie jest, jeżeli jako porofor stosuje się azodikarbonamid.
Korzystnie jest, jeżeli do modyfikacji glinokrzemianu warstwowego stosuje się polimer małocząsteczkowy, którego średnia masa cząsteczkowa jest mniejsza niż 30% średniej masy cząsteczkowej polimeru, który stanowić będzie główny składnik kompozytu wytwarzanego z użyciem modyfikowanego glinokrzemianu.
W procesie według wynalazku stosować można dowolny glinokrzemian warstwowy, zarówno pochodzenia naturalnego jak i syntetycznego, niemodyfikowany bądź modyfikowany dowolnym związkiem chemicznym. Ważne jest, aby glinokrzemian miał budowę warstwową i mógł ulegać procesom interkalacji oraz eksfoliacji. Przez określenie interkalacja rozumie się możliwość penetracji molekuł związków chemicznych, modyfikatorów, pomiędzy warstwy glinokrzemianu, której towarzyszy odsunięcie od siebie warstewek minerału na stosunkowo niewielką odległość, przy zachowaniu warstwowej struktury minerału. Eksfoliacja jest procesem zmian idących dalej, powodujących całkowity zanik oddziaływań między poszczególnymi warstewkami minerału, w rezultacie którego poszczególne warstewki zostają całkowicie izolowane od siebie przez molekuły otaczającego je środowiska - w przypadku kompozytów polimerowych przez makrocząsteczki tak zwanej matrycy polimerowej. W roli poroforu, czyli substancji ulegającej rozkładowi termicznemu w podwyższonej temperaturze wyższej niż 100°C z wydzieleniem dużej ilości produktów gazowych, takich jak N2 i CO2, można stosować dowolną substancję chemiczną ulegającą rozkładowi termicznemu w podwyższonej temperaturze, około 100°C, z wydzieleniem produktów gazowych takich jak azot, tlenek i dwutlenek węgla i inne. Korzystne jest, aby stopień konwersji masy użytego poroforu do produktów gazowych był jak największy oraz aby wśród produktów rozkładu nie znajdowała się para wodna. Najkorzystniej w tej roli zastosować azodikarbonamid o wzorze chemicznym H2N-CO-N=N-CO-NH2. Jest to substancja łatwo dostępna, wytwarzana w różnych odmianach i od lat stosowana w przemyśle przetwórstwa tworzyw sztucznych do wytwarzania spienionych odmian tworzyw, tak zwanych pianek. W roli małocząsteczkowego polimeru użytego do modyfikacji glinokrzemianu stosować można dowolny polimer o budowie chemicznej zbliżonej do budowy chemicznej polimeru, który stanowić będzie główny składnik kompozytu wytwarzanego z użyciem modyfikowanego glinokrzemianu wytwarzanego sposobem według opisywanego wynalazku. Ważne jest, aby średnia masa cząsteczkowa polimeru małocząsteczkowego użytego do modyfikacji glinokrzemianu warstwowego była mniejsza niż około 30% średniej masy cząsteczkowej polimeru, który stanowić będzie główny składnik kompozytu wytwarzanego z użyciem modyfikowanego glinokrzemianu wytwarzanego sposobem według opisywanego wynalazku. Dla przykładu, proces modyfikacji glinokrzemianów warstwowych, które będą przeznaczone do użycia jako składniki kompozytów poliolefinowych, prowadzić można wobec wosków poliolefinowych, modyfikowanych wosków poliolefinowych, małocząsteczkowego polibutenu, poliizobutenu, polipropylenu ataktycznego. Nie jest wymagane, aby używany polimer małocząsteczkowy miał w swej cząsteczce grupy polarne. Rodzaj użytego w procesie rozpuszczalnika organicznego ma znaczenie drugorzędne. Ważne jest, aby spełniał on dwa podstawowe warunki: miał temperaturę wrzenia umożliwiającą przeprowadzenie procesu bez komplikacji technologicznych oraz przy stosunkowo niewielkim koszcie, najlepiej w zakresie 60-160°C, oraz aby przynajmniej częściowo rozpuszczał użyty polimer małocząsteczkowy.
W przypadku użycia w procesie modyfikacji małocząsteczkowych poliolefin jako rozpuszczalnik może być stosowany ksylen.
Ilości substancji użytych do modyfikacji glinokrzemianu, to jest poroforu oraz polimeru małocząsteczkowego mogą być różne, w zależności od założonego stopnia modyfikacji. W praktyce mogą one mieścić się w zakresie od 0,1% do 25% każdej substancji, w przeliczeniu na masę modyfikowanego glinokrzemianu. Najlepiej, jeżeli proporcja masowa między poroforem a polimerem małocząsteczkowym wynosi od 1:5 do 50:1.
PL 213 782 B1
Pierwszy etap procesu opisanego powyżej polega na sporządzeniu mieszaniny glinokrzemianu warstwowego oraz poroforu. Może on być prowadzony na sucho, bez użycia rozpuszczalnika, jeśli jednak będzie to wskazane ze względu na przykład na chęć uniknięcia pylenia, to można na tym etapie procesu wprowadzić niewielką ilość rozpuszczalnika. Jednak użycie większej ilości rozpuszczalnika nie jest celowe, gdyż może utrudnić sporządzenie jednorodnej mieszaniny. Ważne jest, aby już na tym etapie użyty glinokrzemian warstwowy miał ziarno nie większe niż około 2 mm. Jest to szczególnie istotne w przypadku użycia minerału pochodzenia naturalnego, który wcześniej nie został poddany głębszej przeróbce. Drugi etap procesu polega na rozcieńczeniu mieszaniny otrzymanej w etapie pierwszym taką ilością rozpuszczalnika organicznego, która umożliwi jej mieszanie. Należy nadmienić, że etap pierwszy i drugi opisywanego procesu nie muszą być wyraźnie wyodrębnione. W trzecim etapie procesu do zawiesiny otrzymanej w sposób opisany uprzednio wprowadza się przygotowany osobno roztwór małocząsteczkowego polimeru w rozpuszczalniku organicznym i otrzymaną w ten sposób rozcieńczoną zawiesinę miesza się przez okres nie krótszy niż 30 minut, w temperaturze nie przekraczającej 120°C, po czym rozpuszczalnik usuwa się a otrzymany modyfikowany glinokrzemian suszy i rozdrabnia. Te etapy procesu mają na celu częściowe rozsunięcie warstewek glinokrzemianu i wprowadzenie do uzyskanych w ten sposób przestrzeni pomiędzy jego warstewkami molekuł poroforu oraz polimeru małocząsteczkowego. Ważne jest, aby na tym etapie procesu porofor nie uległ rozkładowi w znaczącym stopniu, to znaczy aby temperatura procesu nie przekroczyła temperatury jego szybkiego rozkładu, a otrzymany produkt nadawał do bezpośredniego wprowadzenia do stopu polimerowego. Ostateczny etap modyfikacji glinokrzemianu następuje po jego wprowadzeniu do matrycy polimeru termoplastycznego, znajdującego się w postaci stopionej. Podwyższona temperatura oraz siły ścinające towarzyszące procesom przetwórczym powodują rozkład poroforu. Tworzące się pęcherzyki gazów rozsuwają warstewki glinokrzemianu powodując jego eksfoliację w bardzo znacznym stopniu, co umożliwia utworzenie kompozytu polimerowego o stopniu dyspersji napełniacza nieorganicznego w nano skali. Wiadomo jednak, że temperatura szybkiego rozkładu azodikarbonamidu wynosi około 200°C, co jest temperaturą zbyt wysoką przy przetwórstwie na przykład polietylenu czy wielu kopolimerów etylenowych. Nieoczekiwanie stwierdzono jednak, że związek ten rozkłada się w temperaturach znacznie niższych, nieco powyżej 120°C, jeśli proces prowadzi się sposobem według wynalazku. Dodatkowo okazało się, że jego rozkład w tych warunkach zachodzi w bardzo korzystny sposób, gdyż nie dochodzi do widocznego gołym okiem spieniania masy tworzywa. O korzyściach wynikających z prowadzenia procesu modyfikacji glinokrzemianów warstwowych według wynalazku świadczy poprawa właściwości otrzymanych kompozytów polimerowych.
P r z y k ł a d
Do 100 części wagowych naturalnego, chemicznie modyfikowanego glinokrzemianu warstwowego wprowadza się 10 części wagowych azodikarbonamidu, w roli porofora. Substancje te miesza się dokładnie bez użycia rozpuszczalnika. Następnie, początkowo niewielkimi porcjami, do tej mieszaniny wprowadza się 20 części wagowych ksylenu, przy zachowaniu ciągłego mieszania. Otrzymuje się zawiesinę, w której nie stwierdza się obecności widocznych gołym okiem, większych grudek. Zawiesinę tę przelewa się do kolby okrągłodennej zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną oraz mieszadło mechaniczne i ogrzewa się do temperatury 90°C. Do kolby tej wlewa się następnie 50 części wagowych ksylenowego roztworu małocząsteczkowego polibutenu, którego ilość wynosi 5 części wagowych. Zawartość kolby ogrzewa się do temperatury 115°C i proces kontynuuje się przez 60 minut. Po tym czasie chłodnicę zwrotną zastępuje się chłodnicą destylacyjną podłączoną do układu próżniowego i odparowuje się prawie całą masę rozpuszczalnika. Zagęszczoną zawiesinę odsącza się a osad suszy się do stałej masy w suszarce próżniowej, po czym rozdrabnia się w moździerzu i przesiewa przez sito o oczkach 0,5 mm; nadziarno odrzuca się. Otrzymany modyfikowany glinokrzemian warstwowy używa się do sporządzenia kompozytu polimerowego na osnowie polietylenu małej gęstości, o wskaźniku 3 szybkości płynięcia równym 2,0 g/10 minut i gęstości 0,925 g/cm3. W tym celu, przy użyciu walcarki laboratoryjnej, w temperaturze 130°C, sporządza się kompozyt zawierający 5% glinokrzemianu modyfikowanego sposobem jak wyżej, 94,7% polietylenu małej gęstości oraz 0,3% stabilizatora fenolowego o nazwie handlowej Irganox 1010. Otrzymaną masę poddaje się prasowaniu w celu wytworzenia próbek tworzywa w postaci umożliwiającej oznaczenie jej właściwości wytrzymałościowych przy rozciąganiu.
W celach porównawczych sporządza się w identycznych warunkach kompozyt, w którym jednak zamiast glinokrzemianu modyfikowanego sposobem według wynalazku używa się tego samego glinokrzemianu, lecz nie poddanego opisywanej modyfikacji. Po przeprowadzonych analizach stwierdza
PL 213 782 B1 się, że próbki mają zbliżony wygląd - w masie żadnej z nich nie stwierdza się obecności pęcherzyków. Jednak dla próbki zawierającej glinokrzemian modyfikowany sposobem według wynalazku zauważa się poprawę właściwości wytrzymałościowych przy rozciąganiu. I tak, wartość naprężenia przy zerwaniu wzrosła o 15%, zaś wartość wydłużenia względnego przy zerwaniu wzrosła aż o 85%.
Claims (5)
1. Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych, naturalnych bądź syntetycznych, przeznaczonych do stosowania jako napełniacze tworzyw sztucznych, znamienny tym, że w temperaturze nieprzekraczającej 100°C sporządza się mieszaninę glinokrzemianu warstwowego surowego lub modyfikowanego, w formie wysuszonego proszku o wielkości ziarna poniżej 2 mm oraz poroforu, ulegającego w temperaturze wyższej niż 120°C lecz niżej niż 250°C rozkładowi termicznemu z wydzieleniem produktów gazowych, przy czym stosunek masowy glinokrzemianu do poroforu wynosi od 99,9:0,1 do 75:25, do tak otrzymanej mieszaniny wprowadza się rozpuszczalnik organiczny o temperaturze wrzenia niższej niż 150°C, w ilości od 0,1 do 25 części masowych na 100 części masowych mieszaniny i mieszając ogrzewa do temperatury nie przekraczającej 100°C do uzyskania jednorodnej zawiesiny, do której następnie wprowadza się ciekłą poliolefinę o masie cząsteczkowej poniżej 15.000, w ilości od 0,5 do 25 części masowych na 100 części masowe glinokrzemianu warstwowego, w formie roztworu w rozpuszczalniku organicznym o temperaturze wrzenia niższej niż 150°C, całość miesza się przez okres nie krótszy niż 30 minut w temperaturze nie przekraczającej 120°C, po czym z mieszaniny usuwa się rozpuszczalnik organiczny w wyniku destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w temperaturze nie przekraczającej 120°C, a suchy produkt rozdrabnia się do uziarnienia poniżej 0,5 mm, tak otrzymany glinokrzemian warstwowy poddaje się procesowi dalszej modyfikacji, w środowisku stopu polimerowego ogrzewając przy intensywnym mieszaniu mieszaninę stopiony polimer - modyfikowany glinokrzemian warstwowy w temperaturze wyższej niż 120°C, przez okres nie krótszy niż 1 minuta.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się porofor o wysokim stopniu konwersji masy w kierunku produktów gazowych.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się porofor, rozkładający się bez wytwarzania pary wodnej.
4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako porofor stosuje się azodikarbonamid.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do modyfikacji glinokrzemianu warstwowego stosuje się polimer małocząsteczkowy, którego średnia masa cząsteczkowa jest mniejsza niż 30% średniej masy cząsteczkowej polimeru, który stanowić będzie główny składnik kompozytu wytwarzanego z użyciem modyfikowanego glinokrzemianu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL383548A PL213782B1 (pl) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL383548A PL213782B1 (pl) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL383548A1 PL383548A1 (pl) | 2009-04-27 |
| PL213782B1 true PL213782B1 (pl) | 2013-05-31 |
Family
ID=42985871
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL383548A PL213782B1 (pl) | 2007-10-15 | 2007-10-15 | Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL213782B1 (pl) |
-
2007
- 2007-10-15 PL PL383548A patent/PL213782B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL383548A1 (pl) | 2009-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Olad | Polymer/clay nanocomposites | |
| Hetzer et al. | Wood/polymer/nanoclay composites, environmentally friendly sustainable technology: A review | |
| Guo et al. | Flame retarding effects of nanoclay on wood–fiber composites | |
| CN101784587B (zh) | 包含聚烯烃、聚(羟基羧酸)和纳米粘土的树脂组合物 | |
| Wang et al. | Controllable fabrication of zinc borate hierarchical nanostructure on brucite surface for enhanced mechanical properties and flame retardant behaviors | |
| Scarfato et al. | Influence of a novel organo-silylated clay on the morphology, thermal and burning behavior of low density polyethylene composites | |
| Tang et al. | Flame retardancy and thermal stability of polypropylene composite containing ammonium sulfamate intercalated kaolinite | |
| Szpilska et al. | Halloysite nanotubes as polyolefin fillers | |
| Vahabi et al. | Halloysite nanotubes (HNTs)/polymer nanocomposites: thermal degradation and flame retardancy | |
| Petrucci et al. | Filled polymer composites | |
| JP2016500396A (ja) | ポリマーフォーム | |
| JP2020513053A (ja) | 難燃性ポリマー組成物 | |
| Istrate et al. | Structure and properties of clay/recycled plastic composites | |
| Gyoo et al. | Morphology, thermal, and mechanical properties of polyamide 66/clay nanocomposites with epoxy‐modified organoclay | |
| Pantoustier et al. | Poly (e-caprolactone) layered silicate nanocomposites: effect of clay surface modifiers on the melt intercalation process | |
| Cisneros-Rosado et al. | Effect of surface modification of Palygorskite on the properties of polypropylene/polypropylene‐g‐maleic anhydride/Palygorskite Nanocomposites | |
| Liany et al. | Effect of nanoclay and magnesium hydroxide on some properties of HDPE/wheat straw composites | |
| Móczó et al. | Particulate filled polypropylene: structure and properties | |
| Dasan | Nanoclay/polymer composites: recent developments and future prospects | |
| Mazrouaa | Polypropylene nanocomposites | |
| Hasook et al. | Preparation of nanocomposites by melt compounding polylactic acid/polyamide 12/organoclay at different screw rotating speeds using a twin screw extruder | |
| PL213782B1 (pl) | Sposób modyfikacji glinokrzemianów warstwowych | |
| Shamsi et al. | Plasma‐modified halloysite nanocomposites: effect of plasma modification on the structure and dynamic mechanical properties of halloysite–polystyrene nanocomposites | |
| Banda-Cruz et al. | Study of the dispersion of Cloisite 10A in recycled polyethylene terephtalate by extrusion | |
| Rodríguez‐Llamazares et al. | The effect of clay type and of clay–masterbatch product in the preparation of polypropylene/clay nanocomposites |